Конспект урока на тему: "Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии"

Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

Цели: сформировать знания о внутренней энергии тел как сумме кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия; установить связь внутренней энергии с температурой, сформировать знания о двух способах изменения внутренней энергии тел.

Ход урока

I. Организационный этап

(Учитель и ученики приветствуют друг друга, выявляются отсутствующие.)

II. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания

Проверка докладов.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F - 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

Упр 2 (1)

Выполнение сам работы

1. t= -90⁰C. Найти значение этой температуры в в градусах Кельвина.

2. t= -23⁰C. Найти значение этой температуры в в градусах Кельвина.

3. Температура газа в баллоне составляет t= 140⁰C Какова температура этого газа в градусах Кельвина?

4.Чему равно значение температуры по шкале Цельсия, соответствующее абсолютной температуре 10 K. (-263)

5. Температура кипения азота по абсолютной шкале температур Кельвина составляет 77 К. Чему равна эта температура по шкале Цельсия? (-196)

Актуализация.

III. Изучение нового материала

Если изменилось состояние тел, то изменилась и энергия частиц, из которых состоят тела. Так как молекулы обладают массой и движутся, то они обладают кинетической энергией. Средняя кинетическая энергия молекул тем больше, чем больше масса молекулы и ее средняя скорость. Чем больше средняя кинетическая энергия частиц, тем выше температура тела. Поскольку молекулы взаимодействуют друг с другом, то они обладают и потенциальной энергией. Если частицы находятся на таком расстоянии друг от друга, что силы притяжения между ними равны силам отталкивания, то потенциальная энергия их минимальна. С увеличением или уменьшением расстояния между частицами их потенциальная энергия возрастает.

Суммарную энергию движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией. В понятие внутренней энергии включают:

• суммарную кинетическую энергию поступательного и вращательного движения молекул;

• суммарную потенциальную энергию взаимодействия молекул, обусловленную силами взаимодействия;

• энергию колебательного движения атомов;

• энергию электронных оболочек атомов;

• внутриядерную энергию;

• энергию электромагнитного излучения, обеспечивающую тепловое равновесие между отдельными участками тела.

На практике нужно знать не абсолютное значение величины энергии, а ее изменение. В тепловых процессах при переходе тела из одного состояния в другое изменение внутренней энергии связано лишь с изменением кинетической и потенциальной энергий частиц. Так как движение никогда не прекращается, то тела всегда обладают внутренней энергией. Следовательно, наряду с механической энергией, тела обладают еще и внутренней энергией. Изменение внутренней энергии происходит только за счет энергии других тел.

— Почему при периодическом изгибании железной проволоки она нагревается?

— Почему два бруска при трении нагреваются?

Эти примеры иллюстрируют превращение механического движения в тепловое.

Слайд 3. Внутренняя энергия обозначается буквой U.

Особенностью внутренней энергии является то, что она всегда больше нуля, ведь тепловое движение частиц никогда не прекращается. При этом величина внутренней энергии тела не зависит от механической энергии тела. Например, ядро массой 10 кг летит со скоростью 40 м/с. Его температура составляет 400 °С. Если подобное ядро летит с той же скоростью, имея температуру 100 °С, то их механическая энергия на одной высоте одинакова, а внутренняя энергия больше у первого ядра.

Слайд 4. Необходимо понимать, что механическая энергия тел отличается от внутренней энергии. Механическая энергия зависит от скорости движения и массы тела, а также от расположения данного тела относительно других тел. Внутренняя энергия не зависит от скорости движения тела в целом. Она определяется скоростью движения частиц, из которых состоит тело, и их взаимным расположением.

Для описания энергетических превращений используют закон сохранения энергии. Полная энергия, равная сумме механической и внутренней энергии, остается постоянной при всех взаимодействиях.

С одной стороны, этот закон определяет соответствие между изменением механической и внутренней энергии. С другой стороны, он подчеркивает тот факт, что какой-либо вид энергии сам по себе не появляется и не исчезает бесследно. Всегда один вид энергии переходит в другой в равных количествах.

Сделать упр.3.

Механическая энергия планёра в полете и на горе различна, а внутренняя энергия постоянна., так как скорость движения молекул и их взаимодействие друг с другом не меняется. Так как же изменить внутреннюю энергию тела.

Способы изменения внутренней энергии тела. Слайд 5.

Опыт. Удар молотком по металлическому стержню.

В данном случае над телом совершили работу тело деформировалось, нагрелось, изменилась скорость движения молекул и их взаимодействие.

Данный опыт показывает, что внутреннюю энергию можно увеличить за счет совершения механической работы над телом. Именно такой способ добычи огня использовали наши предки. За счет трения при быстром вращении сухой кусок дерева нагре­вался более чем на 250 °С и загорался. Слайд 6.

Слайд 7. Внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом механическую работу.

Нагреем эфир в латунной трубке при помощи суровой нити или прочной тканевой ленты (при этом не следует допускать вылета пробки из отверстия). Касаясь стенок трубки, легко заметить, что температура эфира увеличилась.

Слайд 8. Говоря о возможности увеличения внутренней энергии за счет совершения работы, следует особо отметить, что существует и об­ратный процесс. Если тело само совершает работу, то при этом его внутренняя энергия уменьшается.

Демонстрация 2. В толстостенный стеклянный сосуд, за­крытый пробкой, накачаем воздушным насосом воздух через специальные отверстия в пробке. Появление тумана в сосуде в момент вылета пробки указывает на уменьшение температуры воздуха.

Вывод. Воздух совершил работу по выталкиванию пробки за счет своей внутренней энергии.

Есть еще один способ изменения внутренней энергии. Нагре­вание чашки, в которую налили горячую воду, камня, брошенного в огонь, — все это увеличивает внутреннюю энергию тел. Работа при этом не совершается.

Слайд 10. Процесс изменения внутренней энергии тел без совершения над телами работы называется теплопередачей.

Рассмотрим фи­зическое содержание процесса. При взаимодействии молекул го­рячей воды с молекулами стенок холодной чашки молекулы воды при ударах передают часть своей кинетической энергии. При этом скорость молекул чашки увеличивается, а скорость молекул воды падает. Как только температуры чашки и воды станут равными, теплообмен прекращается.

Слайд 11. При теплопередаче (теплообмене) энергия всегда передается от горячего тела к холодному, т. е. от тела с высокой температу­рой к телу с низкой температурой. Обратный процесс сам собой никогда не происходит.

Закрепление изученного материала

Подведение итогов

Существует два способа изменения внутренней энергии:

за счет совершения механической работы;

за счет теплообмена.

Эти способы равноправны. Мы никогда не можем угадать, за счет чего увеличилась температура тела. Это может быть и ре­зультат теплообмена, и результат совершения работы над те­лом. Таким образом, изменение внутренней энергии тела всегда происходит за счет энергии других тел: либо при теплопередаче (за счет изменения внутренней энергии), либо при совершении работы (за счет механичесхой энергии).

Домашнее задание

§ 5,6 , записи в тетради, упр.4(1)